JP3697121B2 - Photovoltaic power generation apparatus and control method thereof - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽光発電装置およびその制御方法に関する。さらに詳しくは、漏電遮断器の不要動作を減少させることのできる太陽光発電装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
住宅用太陽光発電システムも、いよいよ普及期を迎え、コストダウンに向けた研究開発が盛んである。コストダウンの切り札として、架台の不要な屋根一体型の太陽電池モジュールと非絶縁型（いわゆるトランスレス）インバータとが実用化されつつある。
【０００３】
ごく一般的な系統連系型の太陽光発電システムの構成を図６に示す。系統連系型の太陽光発電システムは、太陽電池アレイ１の発電電力をインバータ２を介して商用電力系統３に送出する。インバータ２と商用電力系統３との間には漏電遮断器４が設けられ、需要家内で漏電故障が生じた場合に事故の拡大（火災など）を防ぐために、太陽光発電システムと商用電力系統３とを完全に切り離すようにしてある。
【０００４】
ところで、太陽電池は屋外で比較的広い面積（例えば３ｋＷの発電容量では３０ｍ2 程度）にわたって設置されるために、太陽電池アレイ１が比較的大きな対地静電容量５をもってしまい、このため漏洩電流が生じて、漏電遮断器４を不要動作させてしまう恐れのあることが「平成８年電気学会産業応用部門全国大会論文番号７７」にて古川氏らによって指摘されている。実際に漏電遮断器、特に受電用の漏電遮断器が作動してしまうと需要家において停電が発生してしまう。また太陽光発電用のインバータ専用に漏電遮断器を設置した場合でも、漏電遮断器が遮断動作すれば太陽光発電が行われなくなり発電量損失を生じてしまう。
【０００５】
これに対して、発明者の一人である竹原は米国特許出願０９／０７１，２９９号において、漏電遮断器の不要動作が生じ難くなる対地静電容量と漏電遮断器の感度との関係を示した。また、鋭意研究により、トランスレスインバータの連系運転開始時の太陽電池アレイの対地電位変動により、図２に示すようなインパルス状の漏洩電流が生じることを見出し、トランスレスインバータ内部に電位固定手段を設けることで漏電遮断器の不要動作を無くすことを特願平１０−６１８９８号で提案している。上記提案によりトランスレスインバータと漏電遮断器とが一組の場合には漏電遮断器の誤動作を無くすことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、比較的大型の太陽光発電システムを構成する場合には、複数のトランスレスインバータが単一の漏電遮断器に接続されることがあり、このような場合に対漏電遮断器の不要動作の検討は充分になされていない。
本発明は、上述の問題を解決するものであり、複数のトランスレスインバータを使用した太陽光発電装置を支障なく運転できるようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の太陽光発電装置は、複数の太陽電池モジュールからなる複数の太陽電池アレイと、該アレイのそれぞれに接続され該アレイのそれぞれからの直流出力電力を交流電力に変換して商用電力系統に出力する複数の非絶縁型連系インバータと、該複数の非絶縁型連系インバータからの出力が並列接続された漏電遮断器とを有する太陽光発電装置であって、前記アレイのそれぞれは前記インバータのうちの一つにのみ接続されており、前記複数のインバータのうち少なくとも一つが起動するタイミングが、前記複数のインバータのうち他の一つが起動するタイミングと異なり、前記太陽電池アレイが複数の太陽電池モジュールを直列接続したストリングを複数並列接続することを特徴とする。
さらに、本発明の太陽光発電装置は、複数の太陽電池モジュールからなる複数の太陽電池アレイと、該アレイのそれぞれに接続され該アレイのそれぞれからの直流出力電力を交流電力に変換して商用電力系統に出力する複数の非絶縁型連系インバータと、該複数の非絶縁型連系インバータからの出力が並列接続された漏電遮断器とを有する太陽光発電装置であって、前記アレイのそれぞれは前記インバータのうちの一つにのみ接続されており、前記複数のインバータのうち少なくとも一つが起動するタイミングが、前記複数のインバータのうち他の一つが起動するタイミングと異なり、
前記複数のインバータのうち少なくとも一つが起動条件を満たした後起動するまでの時間と、前記複数のインバータのうち他の一つが起動条件を満たした後起動するまでの時間と、を異ならせることによりそれぞれのインバータが起動するタイミングを異ならしめていることを特徴とする。
さらに、本発明の太陽光発電装置は、複数の太陽電池モジュールからなる複数の太陽電池アレイと、該アレイのそれぞれに接続され該アレイのそれぞれからの直流出力電力を交流電力に変換して商用電力系統に出力する複数の非絶縁型連系インバータと、該複数の非絶縁型連系インバータからの出力が並列接続された漏電遮断器とを有する太陽光発電装置であって、前記アレイのそれぞれは前記インバータのうちの一つにのみ接続されており、前記複数のインバータのうち少なくとも一つが起動するタイミングが、前記複数のインバータのうち他の一つが起動するタイミングと異なり、
前記複数のインバータのうち少なくとも一つの起動条件と、前記複数のインバータのうち他の一つの起動条件と、を異ならせることによりそれぞれのインバータが起動するタイミングを異ならしめていることを特徴とする。
さらに、本発明の太陽光発電装置は、複数の太陽電池モジュールからなる複数の太陽電池アレイと、該アレイのそれぞれに接続され該アレイのそれぞれからの直流出力電力を交流電力に変換して商用電力系統に出力する複数の非絶縁型連系インバータと、該複数の非絶縁型連系インバータからの出力が並列接続された漏電遮断器とを有する太陽光発電装置であって、前記アレイのそれぞれは前記インバータのうちの一つにのみ接続されており、前記複数のインバータのうち少なくとも一つが起動するタイミングが、前記複数のインバータのうち他の一つが起動するタイミングと異なり、
前記複数のインバータのうち少なくとも一つと前記複数のインバータのうち他の一つとの間で情報交換を可能ならしめる手段を有しており、インバータ間で起動許可信号もしくは起動禁止信号を伝達することによりそれぞれのインバータが起動するタイミングを異ならしめていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、複数の太陽電池モジュールからなる複数の太陽電池アレイと、該アレイのそれぞれに直列接続され該アレイのそれぞれからの直流出力電力を交流電力に変換して商用電力系統に出力する複数の非絶縁型連系インバータと、該複数の非絶縁型連系インバータからの出力が並列接続された漏電遮断器とを有し、前記アレイのそれぞれは前記インバータのうちの一つにのみ接続されている太陽光発電装置の制御方法であって、前記複数のインバータのうち少なくとも一つが起動するタイミングと、前記複数のインバータのうち他の一つが起動するタイミングとを異ならしめることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
［概要］
本発明者らの研究によれば、複数のトランスレスインバータ（以下では単に「インバータ」と呼ぶ）を使用する場合の問題点は二つある。
第一は、単純にインバータの数が増えたことで、インバータの出力フィルタを構成するキャパシタが商用電力系統３からみて並列接続されることになり、静的な漏洩電流が増加することである。これにより、漏電遮断器４の動作マージンが少なくなってしまい、単一のインバータのときに比べて漏電遮断器４が動作し易くなる。
【００１０】
第二は、インバータの運転開始時に生じる過渡的な漏洩電流の問題である。つまり、複数のインバータが同時に起動されると、個々のインバータによって生じる過渡的な漏洩電流が加算されて、大きな電流となってしまい、その結果、漏電遮断器４が動作し易くなる。
【００１１】
本発明者らは、特に後者の問題に着目し、インバータの起動タイミングをずらすことで、過渡的な漏洩電流の重なりを減少または無くして、漏電遮断器４の不要な遮断動作を防ごうとした。
【００１２】
本発明は、複数のインバータのうち、少なくとも一つが起動するタイミングと、他の一つが起動するタイミングとを異ならせることで効果を発揮するが、複数のインバータの起動タイミングをすべて異ならせることで、漏電遮断器の不要動作をさらに確実に防止することができる。
【００１３】
インバータが起動するタイミングを異ならせる具体的な方法としては、下記の方法が好適である。
（１）複数のインバータのうち、少なくとも一つのインバータが起動条件を満たした後、起動するまでの時間と、他の一つのインバータが起動条件を満たした後、起動するまでの時間とを異ならせる。
（２）複数のインバータのうち、少なくとも一つのインバータの起動条件と、他の一つのインバータが起動条件とを異ならせる。
（３）複数のインバータのうち、少なくとも一つのインバータに、他の一つのインバータヘ情報を伝達可能にする手段を設け、インバータ間で起動許可信号もしくは起動禁止信号を伝達する。具体的には、複数のインバータのうち、少なくとも一つが起動してから所定時間経過後に、起動許可信号が他の一つのインバータに伝達される、あるいは、他の一つのインバータに送られている起動禁止信号が解除されるのが好ましい。
【００１４】
さらに、複数のインバータのうち、一つのインバータが起動するタイミングと、他の一つのインバータが起動するタイミングとは、漏電遮断器の動作時間以上に異なるのが好ましい。このようにすれば、個々のインバータが起動する際に発生するインパルス状の漏洩電流（以下「漏洩インパルス」と呼ぶ）は、漏電遮断器において個々の漏洩インパルスとして認識され易くなるからである。本発明者らの漏洩インパルスの測定結果および制御装置の設計要件（製造コストなど）を考慮すると、各インバータの起動タイミングは１秒以上１０秒以下で異なることが好ましい。
【００１５】
また、本発明の好ましい実施形態においては、太陽電池アレイを構成する太陽電池モジュールが、その裏面に金属製の裏面補強板を有する。特に好ましい実施形態においては、該裏面補強板が接地されているが、この場合は、対地静電容量が大きいので、本発明の効果が顕著になる。
【００１６】
また、本発明の好ましい実施形態においては、複数の太陽電池モジュールを直列接続したストリングを複数並列接続した太陽電池アレイが好適に用いられる。
【００１７】
以下、本発明にかかる太陽光発電装置およびその制御方法の好ましい実施例を、添付する図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
【実施例】
（第１の実施例）
図１は本発明の第１の実施例に係る実験用の太陽光発電池システムの構成を示すブロック図である。図１に示すように、このシステムは、複数の太陽電池モジュールを直並列に接続してなる三つの太陽電池アレイ１１〜１３と、太陽電池アレイ１１〜１３のそれぞれから出力される直流電力を交流電力に変換して商用電力系統３へ供給する三台の非絶縁型連系インバータ２１〜２３と、それらインバータ２１〜２３の出力が並列接続される漏電遮断器４とを有し、インバータ２１〜２３が同時に起動しないようにしたものである。以下、このシステムの構成を詳細に説明する。なお、キャパシタ５１は、太陽電池アレイ１１の対地静電容量およびインバータ２１の出力フィルタを構成するキャパシタの静電容量を等価的に表したものである。キャパシタ５２および５３も同様である。
【００１９】
［太陽電池アレイ］
本実施例で使用する幅４５ｃｍ×長さ１３０ｃｍ、出力電力３０Ｗのアモルファス太陽電池モジュールの導電部と裏面補強板との間の静電容量は、太陽電池モジュール一枚あたり２０ｎＦ（測定周波数１２０Ｈｚ）である。アモルファス太陽電池モジュールの構造は、図４に示すように、アモルファスシリコンを含んだ半導体からなるＰＩＮ型の光電変換層を三層積層したアモルファス太陽電池セル７をＥＶＡ（ethylene vinyl acetate）樹脂からなる接着剤８で裏面補強板である金属板６上に固着したものである。さらに、太陽電池モジュールの表面には、保護層としてＥＴＦＥ（polyethylene-tetrafluoroethylene）フィルムからなる表面保護フィルム９を接着剤８で固着してある。アモルファス太陽電池セル７は、図５に示すように、金属基板６６と、集電電極６１が設けられた透明電極６２との間に、三つの光電変換層６３〜６５を備えた構造を有する。なお、アモルファス太陽電池セル７の金属基板６６と、太陽電池モジュールの金属板６とは絶縁されている。
【００２０】
各太陽電池アレイは、１００枚の太陽電池モジュールを用いて１０直列１０並列として構成する。具体的には、１０枚の太陽電池モジュールを直列に接続したストリングを１０本並列に接続する。そして、地上に、金属架台（傾斜角３０度）を用いて、真南に向けて各太陽電池アレイを設置する。太陽電池アレイに用いられた太陽電池モジュールの金属板６はすべて接地される。この時に各太陽電池アレイの対地静電容量は２μＦであり、モジュール一枚当たりの静電容量のちょうど１００倍である。このような太陽電池アレイを三組、つまり太陽電池アレイ１１〜１３を用意し、それぞれインバータ２１〜２３に接続する。
【００２１】
［インバータ］
出力容量４．５ｋＷのトランスレスタイプのインバータ三台を用意し、それぞれ１号機、２号機、３号機と命名する。これらのインバータの制御装置に起動許可信号を入力するための入力部と、運転信号を出力するための出力部とを設け、１号機の運転信号出力を２号機の起動許可信号入力ヘ接続し、２号機の運転信号出力を３号機の起動許可信号入力ヘ接続し、１号機、２号機、３号機の順に起動するようにする。なお、入力部には接点信号が入力され、接点開がオフを、接点閉がオンを表す。出力部には、通常は開状態で、閉状態で信号出力を表すリレー接点などを用いる。なお、以下では、入力部に信号が入力された状態を「入力オン」、出力部から信号が出力された状態を「出力オン」などのように表記する。図７は第１実施例のインバータの動作を制御する制御装置の構成を示すブロック図である。
【００２２】
図７において、１０１は起動許可信号の入力部、１０２は運転信号の出力部である。なお、１号機の起動許可信号の入力部１０１は常時オンとして、１号機は常時起動可能であるように構成する。前述したように、２号機および３号機の入力部１０１へは、それぞれ１号機および２号機の出力部１０２が接続される。起動許可信号の入力部１０１は、バッファアンプ１０３を介して、ＡＮＤゲート１０４の一方の入力ヘ接続されている。ＡＮＤゲート１０４のもう一方の入力には、起動判定部１０５が接続されている。
【００２３】
起動判定部１０５は、太陽電池電圧１０６と基準電圧１０７とを比較して、太陽電池電圧１０６が基準電圧１０７を超える場合にもう一つの起動許可信号１２０を出力するものである。例えば、インバータ２１（図１）の起動判定部１０５は、コンパレータ１０８により太陽電池アレイ１１の出力電圧である太陽電池電圧１０６と基準電圧１０７とを比較して、太陽電池電圧１０６が基準電圧１０７を超える場合に起動許可信号１２０を出力する。
【００２４】
ＡＮＤゲート１０４は、入力部１０１および起動判定部１０５から入力される信号を論理積してインバータ起動信号１０９を出力する。従って、入力部１０１および起動判定部１０５からともに起動許可信号が入力される場合、ＡＮＤゲート１０４はインバータ起動信号１Ｏ９を出力することになる。インバータ起動信号１０９が出力されると、インバータ駆動回路１１０は、インバータ主回路１１２に駆動信号１１１を出力するので、インバータ主回路１０２が動作し、直流電力から交流電力への変換が開始される。なお、インバータ主回路１１２は、ここで言う制御装置には含まれない。
【００２５】
また、インバータ起動信号１０９は、遅延回路１１３にも入力され、所定時間遅延された後、運転信号出力部１０２のリレー１１４を駆動するトランジスタのべースヘ供給される。トランジスタによりリレー１１４が駆動されるとリレー１１４の接点が閉じて運転信号１１５が出力される。従って、太陽電池電圧１０６が基準電圧１０７を超えると、１号機が起動した所定時間後に１号機から出力される運転信号が２号機を起動させ、さらに所定時間後に２号機から出力される運転信号が３号機を起動させることになる。
【００２６】
遅延回路１１３は、アナログ的な遅延回路や、カウンタを利用するディジタル的な遅延回路などが利用可能である。ここで、運転信号はインバータが起動してから五秒後に出力されるようにしている。
【００２７】
起動許可信号や運転信号などのインタフェイスには、図７に示すような接点タイプを利用する他にも、種々多様な構成が可能であり、例えばＴＴＬ論理信号を用いるインタフェイスとか、ＲＳ２３２Ｃなどの汎用インタフェイスとか、カレントループとか、フォトカプラなどが使用できる。つまり、本発明の目的に反しない範囲で、図７に示す構成の制御回路に代えて他の構成の制御回路を使用してもよい。
【００２８】
基準電圧１０７は、一例として、太陽電池電圧１０６が１００Ｖを越えた時にインバータが起動するように設定する。本実施例のインバータの起動条件（例えば基準電圧１０７）は、インバータ間でそれほど厳密に一致させる必要はない。但し、１号機は、それが運転されないと２号機および３号機が起動できないので、極力起動しやすいように条件設定をしておくことが、発電量増大の観点からは望ましい。本実施例にあっては、各インバータに接続されるアレイは同一条件、同一構成で設置されているが、それらの条件が異なる場合には、上述の配慮を注意深く実施すべきである。たとえば、１号機に関しては他のインバータよりも起動電圧（基準電圧１０７）を低く設定するとか、最も日射が良好な太陽電池アレイを接続するなどを実施すればよい。
【００２９】
図８は図７に示す制御装置のインバータ起動時の制御を示すフローチャートである。
ステップＳ１およびＳ２で外部から起動許可信号が入力されているか、および、太陽電池電圧１０６が１００Ｖを超えたかを判定し、両条件が満たされればステップＳ３でインバータを起動する。そして、ステップＳ４で五秒の遅延時間が経過した後、ステップＳ５で運転信号を出力する。
【００３０】
太陽電池アレイが接続されたインバータを２００Ｖ、６０Ｈｚの商用電力系統３に接続した場合、インバータ部で測定される連系運転開始前の漏れ電流は０．３ｍＡ前後である。従って、インバータ三台を並列に接続すると漏洩電流の合計は約１ｍＡになる。インバータの並列台数を多くすることで静的な漏れ電流は増加し、漏電遮断器４が遮断動作するまでの余裕は減少することになる。
【００３１】
［漏電遮断器］
使用する漏電遮断器４は定格電流３０Ａ、漏電検出感度を示す定格感度電流３０ｍＡ、不感帯を示す定格不動作電流１５ｍＡ、および、動作時間０．１秒以下の性能を有する。これを商用電力系統３（２００Ｖ、６０Ｈｚ）に接続し、図１に示すような実験用太陽光発電システムを構成する。当然であるが、漏電遮断器４の感度は上記の静的な漏れ電流に対しては充分余裕のあるものを選ぶべきである。
【００３２】
［動作実験］
天候快晴で充分な日射強度のある時に、起動実験を実施した。本実施例の太陽光発電システムにあっては、１号機が起動した五秒後に２号機が起動し、さらにその五秒後に３号機が起動し、漏電遮断器４が遮断状態へトリップしないことが確認された。各インバータの起動の様子を図３に示す。
【００３３】
これに対し、総てのインバータの制御装置の入力部１０１に起動許可信号を入力しておき、１号機と同様に「常時起動許可」とした場合には、インバータがほぼ一斉に起動し、漏電遮断器４が遮断状態へトリップすることが確認された。なお、遮断状態へのトリップは毎回起きるわけではなく、５０回試験したうち三回生じた。
【００３４】
このようになるのは微妙な起動タイミングのずれにより、図２に示す漏洩インパルス電流の大きさが変動したり、三台のインバータの漏洩インパルス電流の重なり方が変化するためだと思われる。実際に測定してみたところ、本実施例の漏洩インパルス電流は、インバータ一台あたりの波高値で１００ｍＡ前後、幅５ｍＳ程度に達しており、一斉起動のときに、これらの漏洩インパルス電流が重なり合うことで遮断状態へのトリップが生じたものである。そして、一旦、遮断状態へトリップすれば、漏電遮断器４は自動復帰しないから、大変面倒な事態になる。
【００３５】
このように、本実施例の太陽光発電システム、つまりインバータの起動タイミングをずらして、複数のインバータが同時に起動しないようにした太陽光発電システムならば、起動時の漏洩インパルス電流が重なり合わないために、漏電遮断器４の不要な遮断状態へのトリップ動作を防げることが明らかである。
【００３６】
有線や無線で起動許可（または禁止）信号をインバータに送るのは、やや面倒ではあるが、汎用的で、漏電遮断器４の不要動作を避けるには大変確実性の高い方法であり、太陽電池アレイの設置条件などにはほとんど影響を受けないという特長がある。
【００３７】
（第２の実施例）
次に、本発明の第２の実施例について説明する。本実施例では、インバータの起動遅延時間、すなわち、各インバータが起動条件を満たした後起動するまでの時間として異なる値を設定することで、本発明の意図を実現する。
【００３８】
［構成］
太陽電池アレイ１１〜１３と漏電遮断器４とは上述の第１実施例と同一とし、インバータだけは次の構成を採用する。すなわち、第２実施例のインバータには、日射強度を示す信号を入力する入力端子を設け、太陽電池アレイ面への日射強度を検出可能に構成し、日射強度を起動条件にする。
【００３９】
日射強度の検出器としては、熱電対を使用した日射計（英光精機製、商品名ＭＳ−８０１）を採用する。この他にもフォトダイオードを用いた光検出器など種々多様な構成が可能である。第２実施例で採用する日射計は、日射強度０〜１ｋＷ／ｍ2 の時に０〜７ｍＶの電圧信号を出力する。日射計の出力電圧がこのように低いので、インバータ側ではノイズなどに注意する必要がある。なお、本実施例で採用する日射計は大変高価なので、本実施例では日射計は一台とし、その出力を三台のインバータ２１〜２３に分配した。もちろん、インバータ２１〜２３それぞれに日射強度の検出器を設けてもよいのだが、その場合には日射強度の検出器の感度を揃えておくことに注意しなければならない。
【００４０】
第１実施例と同様にインバータを三台用意し、インバータ２１〜２３が起動する日射強度を０．０３ｋＷ／ｍ2 とする。また、起動遅延時間を、１号機は一秒間に、２号機は五秒間に、３号機は九秒間に設定する。
【００４１】
図９は第２実施例のインバータの動作を制御する制御装置の構成を示すブロック図である。
図９において、２０１は日射計で、起動判定部１０５に接続されている。なお、図９には示さないが、日射計２０１の出力は、１号機から３号機の各起動判定部１０５へ並列に接続されている。日射計２０１の出力は、起動判定部１０５のバッファアンプ２０４を介してコンパレータ１０８へ入力され、基準電圧１０７と比較される。そして、バッファアンプ２０４から入力される電圧が基準電圧１０７を超える場合に、起動判定部１０５から起動許可信号１２０が出力される。起動許可信号１２０は、遅延回路１１３により所定時間遅延され、インバータ起動信号１０９としてインバータ駆動回路１１０へ出力される。インバータ起動信号１０９が出力されると、インバータ駆動回路１１０は、インバータ主回路１１２に駆動信号１１１を出力するので、インバータ主回路１１２が動作し、直流電力から交流電力への変換が開始される。
【００４２】
第２実施例にあっては、起動条件（日射強度値）はできるだけ同一であることが望ましい。第２実施例の要点は、起動条件が整ってから実際にインバータが起動するまでに遅延を与えて、その遅延時間を異ならせることで複数のインバータの同時起動を防ぐことにある。従って、起動条件そのものをできるだけ一致させないと、同時に遅延期同が始まらないことになり、期待どおりの遅延時間が得られないことになる。勿論、これは遅延時間の値と関連があり、一般的に言って遅延時間を長めにとれば、起動条件の一致精度を緩やかにすることができる。起動条件をできるだけ一致させるという観点から言えば、太陽電池アレイの構成や設置条件もできるだけ同一であることが望ましい。
【００４３】
［動作実験］
第１実施例と同様の起動実験をしたところ、１号機−２号機−３号機の順でインバータは起動し、漏電遮断器４が動作しないことが確認された。
【００４４】
第２実施例では、第１実施例と異なり、それぞれのインバータは情報を伝達する必要はなく、比較的簡易に複数のインバータを有する太陽光発電システムを構成することができる。第２実施例では日射強度を起動条件に用いたが、他の要素も使用可能である。第１実施例のように太陽電池電圧を使用すれば、日射強度計の出力を分配することもなく極めて簡便である。
【００４５】
（第３の実施例）
第３の実施例として、起動条件を異ならせる例について説明する。第３実施例においても、太陽電池アレイおよび漏電遮断器４は第１および第２の実施例と同一とし、インバータのみを変更する。具体的にはインバータが起動する太陽電池電圧が異なる三台のインバータを用意する。すなわちインバータが起動する太陽電池電圧を、１号機は８０Ｖ、２号機は１００Ｖ、３号機は１２０Ｖとする。
【００４６】
このような構成で晴天日の朝の起動動作を確認したところ、ほぼ１分違いで三台のインバータが起動し、本発明の意図が達成できることを確認した。適常の運転では、このような簡単な方法で起動時間を異ならせるだけで、本発明の意図は充分に達せられる。
【００４７】
但し、第３実施例にあっては、頻度はわずかではあるが全てのインバータが「同時オン」する可能性が残る。このような状況が起き得るのは、「手動によるインバータの起動」や「商用電力系統３側の停電・復旧によるインバータの起動」が日射良好なる条件下、つまり太陽電池電圧が１２０Ｖ以上で生じた場合である。そのような条件でインバータを起動する際には、別途遅延時間を設けるなどの工夫が必要になることを付記する。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）大発電量の大型太陽光発電システムにあっても複数の小容量のトランスレスインバータを用いて経済的にシステムを構築できる。
（２）複数のインバータを起動する時の過渡的な漏洩インパルス電流の重なりを減少させるかまたは無くするので、複数のインバータを同時起動する太陽光発電システムに比べて、漏電遮断器４の感度を上げることが可能である。結果的に太陽光発電システムの安全性を高めることができる。
（３）裏面に金属補強板を用いた太陽電池モジュールを使用する太陽光発電システムでは、太陽電池モジュールの加工性がよく多種多様な設置形態が可能になる。
（４）複数のインバータの起動条件もしくは起動遅延時間を異ならせることで、太陽光発電システム構築する場合は、複数のインバータ間を信号線で結ぶ必要もなく、極めて簡単かつ容易に漏電遮断器４の不要な遮断動作を防止することができる。
このような顕著な効果を有する本発明は、産業上の利用価値が極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施例に係る太陽光発電システムを示すブロック図である。
【図２】 起動時のパルス状漏洩電流を示す図である。
【図３】 図１のシステムの起動動作の一例を示す図である。
【図４】 図１のシステムにおける太陽電池モジュールの構造の一例を示す図である。
【図５】 図４の太陽電池モジュールを構成する太陽電池セルの構造の一例を示す図である。
【図６】 対地静電容量を有した系統連系型太陽光発電システムの例を示すブロック図である。
【図７】 本発明の第１の実施例で用いた制御装置のブロック図である。
【図８】 本発明の第１の実施例における簡単な制御のフローチャートである。
【図９】 本発明の第２の実施例で用いた制御装置のブロック図である。
【符号の説明】
１，１１，１２，１３：太陽電池アレイ、２，２１，２２，２３：インバータ、３：商用電力系統、４：漏電遮断器、５，５１，５２，５３：キャパシタ（浮遊容量）。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a photovoltaic power generation apparatus and a control method thereof. More specifically, the present invention relates to a photovoltaic power generation apparatus that can reduce unnecessary operations of a leakage breaker and a control method thereof.
[0002]
[Prior art]
Residential solar power generation systems are also in the period of widespread use, and research and development aimed at reducing costs is thriving. As a trump card for cost reduction, a roof-integrated solar cell module that does not require a frame and a non-insulated (so-called transformerless) inverter are being put into practical use.
[0003]
FIG. 6 shows the configuration of a very common grid-connected photovoltaic power generation system. The grid-connected solar power generation system sends the generated power of the solar cell array 1 to the commercial power system 3 via the inverter 2. An earth leakage circuit breaker 4 is provided between the inverter 2 and the commercial power system 3, and in order to prevent an accident (fire, etc.) from spreading when a ground fault occurs in the consumer, the photovoltaic power generation system and the commercial power system 3 And are completely separated from each other.
[0004]
By the way, solar cells have a relatively large area outdoors (for example, 30 m for a power generation capacity of 3 kW).2 The solar cell array 1 has a relatively large ground capacitance 5, which may cause a leakage current and cause the leakage breaker 4 to operate unnecessarily. It is pointed out by Mr. Furukawa et al. If the earth leakage circuit breaker, particularly the earth leakage circuit breaker for receiving power, actually operates, a power outage will occur at the customer. Further, even when an earth leakage circuit breaker is installed exclusively for an inverter for photovoltaic power generation, if the earth leakage circuit breaker performs a breaking operation, photovoltaic power generation is not performed and a power generation amount loss occurs.
[0005]
On the other hand, Takehara, one of the inventors, showed the relationship between the ground capacitance that makes unnecessary operation of the earth leakage breaker less likely to occur and the sensitivity of the earth leakage breaker in US patent application 09 / 071,299. . In addition, as a result of earnest research, it has been found that an impulse leakage current as shown in FIG. 2 is generated due to the ground potential fluctuation of the solar cell array at the start of the interconnection operation of the transformerless inverter. Japanese Patent Application No. 10-61898 proposes to eliminate unnecessary operation of the earth leakage circuit breaker by providing the circuit board. According to the above proposal, when the transformerless inverter and the earth leakage breaker are a set, the malfunction of the earth leakage breaker can be eliminated.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a relatively large-scale photovoltaic power generation system is configured, a plurality of transformerless inverters may be connected to a single earth leakage breaker. There is not enough consideration.
This invention solves the above-mentioned problem, and it aims at enabling it to drive | operate a solar power generation device using several transformerless inverters without trouble.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above-described problems, a photovoltaic power generation apparatus according to the present invention includes a plurality of solar cell arrays each including a plurality of solar cell modules, and a DC output power connected to each of the arrays. A plurality of non-insulated interconnection inverters that convert the output into a commercial power system and a leakage breaker in which outputs from the plurality of non-insulation interconnection inverters are connected in parallel. Each of the arrays is connected to only one of the inverters, and the timing at which at least one of the plurality of inverters is activated differs from the timing at which the other one of the plurality of inverters is activated,The solar cell array connects a plurality of strings in which a plurality of solar cell modules are connected in series.It is characterized by that.
  Furthermore, the photovoltaic power generation apparatus of the present invention includes a plurality of solar cell arrays each including a plurality of solar cell modules, and a commercial power by converting DC output power from each of the arrays connected to each of the arrays into AC power. A photovoltaic power generation device having a plurality of non-insulated interconnection inverters that output to a system and a leakage breaker in which outputs from the plurality of non-insulation interconnection inverters are connected in parallel, each of the arrays It is connected to only one of the inverters, and the timing at which at least one of the plurality of inverters is activated is different from the timing at which the other one of the plurality of inverters is activated,
By differentiating the time until starting after at least one of the plurality of inverters satisfies the starting condition and the time until starting after the other one of the plurality of inverters satisfies the starting condition It is characterized in that the timing at which each inverter starts is different.
  Furthermore, the photovoltaic power generation apparatus of the present invention includes a plurality of solar cell arrays each including a plurality of solar cell modules, and a commercial power by converting DC output power from each of the arrays connected to each of the arrays into AC power. A photovoltaic power generation device having a plurality of non-insulated interconnection inverters that output to a system and a leakage breaker in which outputs from the plurality of non-insulation interconnection inverters are connected in parallel, each of the arrays It is connected to only one of the inverters, and the timing at which at least one of the plurality of inverters is activated is different from the timing at which the other one of the plurality of inverters is activated,
  The timing for starting each inverter is made different by making at least one start condition among the plurality of inverters different from another start condition among the plurality of inverters.
    Furthermore, the photovoltaic power generation apparatus of the present invention includes a plurality of solar cell arrays each including a plurality of solar cell modules, and a commercial power by converting DC output power from each of the arrays connected to each of the arrays into AC power. A photovoltaic power generation device having a plurality of non-insulated interconnection inverters that output to a system and a leakage breaker in which outputs from the plurality of non-insulation interconnection inverters are connected in parallel, each of the arrays It is connected to only one of the inverters, and the timing at which at least one of the plurality of inverters is activated is different from the timing at which the other one of the plurality of inverters is activated,
Means for enabling information exchange between at least one of the plurality of inverters and another one of the plurality of inverters, and transmitting a start permission signal or a start prohibition signal between the inverters; It is characterized in that the timing at which each inverter starts is different.
[0008]
Further, the present invention provides a plurality of solar cell arrays composed of a plurality of solar cell modules, and is connected in series to each of the arrays, converts DC output power from each of the arrays to AC power, and outputs the AC power to a commercial power system. A plurality of non-insulated interconnected inverters, and an earth leakage circuit breaker in which outputs from the plurality of non-insulated interconnected inverters are connected in parallel, and each of the arrays is connected to only one of the inverters A method for controlling a photovoltaic power generation apparatus, wherein a timing at which at least one of the plurality of inverters is activated is different from a timing at which the other one of the plurality of inverters is activated. .
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Overview]
According to the studies by the present inventors, there are two problems when using a plurality of transformerless inverters (hereinafter simply referred to as “inverters”).
The first is that the number of inverters simply increases, so that capacitors constituting the output filter of the inverter are connected in parallel as viewed from the commercial power system 3, and static leakage current increases. Thereby, the operation margin of the earth leakage breaker 4 is reduced, and the earth leakage breaker 4 is easily operated as compared with the case of a single inverter.
[0010]
The second is a problem of transient leakage current that occurs at the start of operation of the inverter. That is, when a plurality of inverters are activated simultaneously, transient leakage currents generated by the individual inverters are added to generate a large current, and as a result, the leakage breaker 4 is easily operated.
[0011]
The inventors of the present invention particularly focused on the latter problem and attempted to prevent unnecessary circuit breaker 4 from being interrupted by reducing or eliminating the overlap of transient leakage currents by shifting the start timing of the inverter. .
[0012]
The present invention demonstrates the effect by making the timing at which at least one of the plurality of inverters starts up and the timing at which the other one starts up, but by making all of the startup timings of the plurality of inverters different, Unnecessary operation of the earth leakage breaker can be prevented more reliably.
[0013]
The following method is suitable as a specific method for varying the timing at which the inverter starts.
(1) Among a plurality of inverters, after at least one inverter satisfies the start condition, the time until the start is made different from the time until the start after the other one inverter satisfies the start condition. .
(2) Among the plurality of inverters, at least one inverter start condition is different from the other inverter start condition.
(3) Among the plurality of inverters, at least one inverter is provided with a means for allowing information to be transmitted to another inverter, and a start permission signal or a start prohibition signal is transmitted between the inverters. Specifically, after a predetermined time has elapsed since at least one of a plurality of inverters started up, a start permission signal is transmitted to another inverter, or a start is sent to another inverter. It is preferable that the prohibition signal is released.
[0014]
Furthermore, it is preferable that the timing at which one inverter among the plurality of inverters is activated differs from the timing at which the other inverter is activated more than the operation time of the leakage breaker. This is because impulse-like leakage current (hereinafter referred to as “leakage impulse”) generated when each inverter is started is easily recognized as an individual leakage impulse in the earth leakage breaker. Considering the measurement result of the leakage impulse of the present inventors and the design requirements (manufacturing cost, etc.) of the control device, it is preferable that the start timing of each inverter be different between 1 second and 10 seconds.
[0015]
Moreover, in preferable embodiment of this invention, the solar cell module which comprises a solar cell array has a metal back surface reinforcement board in the back surface. In the particularly preferred embodiment, the back reinforcing plate is grounded. In this case, since the ground capacitance is large, the effect of the present invention becomes remarkable.
[0016]
In a preferred embodiment of the present invention, a solar cell array in which a plurality of strings in which a plurality of solar cell modules are connected in series is connected in parallel is preferably used.
[0017]
Hereinafter, preferred embodiments of a photovoltaic power generation apparatus and a control method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0018]
【Example】
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an experimental solar cell system according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, this system uses three solar cell arrays 11 to 13 formed by connecting a plurality of solar cell modules in series and parallel, and direct-current power output from each of the solar cell arrays 11 to 13. There are three non-insulated interconnection inverters 21 to 23 that convert into electric power and supply to the commercial power system 3, and a leakage breaker 4 to which outputs of the inverters 21 to 23 are connected in parallel. 23 is not activated simultaneously. Hereinafter, the configuration of this system will be described in detail. The capacitor 51 equivalently represents the capacitance to the ground of the solar cell array 11 and the capacitance of the capacitor constituting the output filter of the inverter 21. The same applies to the capacitors 52 and 53.
[0019]
[Solar cell array]
The capacitance between the conductive portion of the amorphous solar cell module having a width of 45 cm × length of 130 cm and an output power of 30 W and the back reinforcing plate used in this example is 20 nF per solar cell module (measurement frequency: 120 Hz). is there. As shown in FIG. 4, the structure of the amorphous solar cell module is such that an amorphous solar cell 7 in which three PIN-type photoelectric conversion layers made of a semiconductor containing amorphous silicon are stacked is bonded with EVA (ethylene vinyl acetate) resin. The adhesive 8 is fixed on the metal plate 6 which is the back reinforcing plate. Furthermore, a surface protective film 9 made of an ETFE (polyethylene-tetrafluoroethylene) film is fixed to the surface of the solar cell module with an adhesive 8 as a protective layer. As shown in FIG. 5, the amorphous solar battery cell 7 has a structure in which three photoelectric conversion layers 63 to 65 are provided between a metal substrate 66 and a transparent electrode 62 provided with a current collecting electrode 61. In addition, the metal substrate 66 of the amorphous solar battery cell 7 and the metal plate 6 of the solar battery module are insulated.
[0020]
Each solar cell array is configured as 10 series 10 parallel using 100 solar cell modules. Specifically, ten strings in which ten solar cell modules are connected in series are connected in parallel. And each solar cell array is installed toward the right south using a metal mount (an inclination angle of 30 degrees) on the ground. All the metal plates 6 of the solar cell module used in the solar cell array are grounded. At this time, the ground capacitance of each solar cell array is 2 μF, which is exactly 100 times the capacitance per module. Three sets of such solar cell arrays, that is, solar cell arrays 11 to 13 are prepared and connected to inverters 21 to 23, respectively.
[0021]
[Inverter]
Three transformerless inverters with an output capacity of 4.5 kW will be prepared and will be named Unit 1, Unit 2, and Unit 3, respectively. An input unit for inputting a start permission signal to the control device of these inverters and an output unit for outputting an operation signal are provided, and the operation signal output of the first unit is connected to the start permission signal input of the second unit, The operation signal output of Unit 2 is connected to the start permission signal input of Unit 3, and the units are started in the order of Unit 1, Unit 2, Unit 3. In addition, a contact signal is input to the input unit, and the contact open indicates OFF and the contact close indicates ON. For the output unit, a relay contact or the like that is normally in an open state and represents a signal output in a closed state is used. Hereinafter, a state in which a signal is input to the input unit is expressed as “input on”, a state in which a signal is output from the output unit is expressed as “output on”, and the like. FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of a control device that controls the operation of the inverter of the first embodiment.
[0022]
In FIG. 7, reference numeral 101 denotes an input part for an activation permission signal, and 102 denotes an output part for an operation signal. Note that the first unit activation permission signal input unit 101 is always on, and the first unit can be always activated. As described above, the output unit 102 of the first and second units is connected to the input unit 101 of the second and third units, respectively. The activation permission signal input unit 101 is connected to one input of the AND gate 104 via the buffer amplifier 103. The activation determination unit 105 is connected to the other input of the AND gate 104.
[0023]
The activation determination unit 105 compares the solar cell voltage 106 with the reference voltage 107 and outputs another activation permission signal 120 when the solar cell voltage 106 exceeds the reference voltage 107. For example, the activation determination unit 105 of the inverter 21 (FIG. 1) compares the solar cell voltage 106 that is the output voltage of the solar cell array 11 with the reference voltage 107 by the comparator 108, and the solar cell voltage 106 sets the reference voltage 107. When it exceeds, the start permission signal 120 is output.
[0024]
The AND gate 104 ANDs the signals input from the input unit 101 and the start determination unit 105 and outputs an inverter start signal 109. Therefore, when the activation permission signal is input from both the input unit 101 and the activation determination unit 105, the AND gate 104 outputs the inverter activation signal 1O9. When the inverter activation signal 109 is output, the inverter drive circuit 110 outputs the drive signal 111 to the inverter main circuit 112, so that the inverter main circuit 102 operates and conversion from DC power to AC power is started. The inverter main circuit 112 is not included in the control device referred to here.
[0025]
The inverter activation signal 109 is also input to the delay circuit 113 and is supplied to the base of the transistor that drives the relay 114 of the operation signal output unit 102 after being delayed for a predetermined time. When the relay 114 is driven by the transistor, the contact of the relay 114 is closed and the operation signal 115 is output. Therefore, when the solar cell voltage 106 exceeds the reference voltage 107, the operation signal output from the first unit after a predetermined time when the first unit starts up starts the second unit, and the operation signal output from the second unit after a predetermined time further Unit 3 will be activated.
[0026]
As the delay circuit 113, an analog delay circuit, a digital delay circuit using a counter, or the like can be used. Here, the operation signal is output five seconds after the inverter is started.
[0027]
In addition to using the contact type as shown in FIG. 7 for the interface such as the start permission signal and the operation signal, various configurations are possible. For example, an interface using a TTL logic signal, RS232C, etc. A general-purpose interface, a current loop, or a photocoupler can be used. That is, a control circuit having another configuration may be used instead of the control circuit having the configuration shown in FIG. 7 without departing from the object of the present invention.
[0028]
As an example, the reference voltage 107 is set so that the inverter starts when the solar cell voltage 106 exceeds 100V. The start conditions (for example, the reference voltage 107) of the inverters in this embodiment do not need to be matched so closely between the inverters. However, since Unit 1 and Unit 3 cannot be started unless it is operated, it is desirable from the viewpoint of increasing the amount of power generation that conditions are set so that they can be started as much as possible. In this embodiment, the arrays connected to each inverter are installed under the same conditions and the same configuration. However, when these conditions are different, the above consideration should be carefully performed. For example, for the first car, the starting voltage (reference voltage 107) may be set lower than other inverters, or a solar cell array with the best solar radiation may be connected.
[0029]
FIG. 8 is a flowchart showing control at the time of starting the inverter of the control device shown in FIG.
In steps S1 and S2, it is determined whether an activation permission signal is input from the outside and whether the solar cell voltage 106 exceeds 100 V. If both conditions are satisfied, the inverter is activated in step S3. Then, after a delay time of 5 seconds elapses in step S4, an operation signal is output in step S5.
[0030]
When the inverter to which the solar cell array is connected is connected to the commercial power system 3 of 200 V and 60 Hz, the leakage current before the start of the grid operation measured by the inverter unit is around 0.3 mA. Therefore, when three inverters are connected in parallel, the total leakage current is about 1 mA. Increasing the number of inverters in parallel increases the static leakage current and decreases the margin until the leakage breaker 4 is cut off.
[0031]
[Earth leakage circuit breaker]
The earth leakage breaker 4 to be used has the performance of a rated current of 30 A, a rated sensitivity current of 30 mA indicating leakage detection sensitivity, a rated inoperative current of 15 mA indicating a dead zone, and an operating time of 0.1 seconds or less. This is connected to a commercial power system 3 (200 V, 60 Hz) to configure an experimental solar power generation system as shown in FIG. Naturally, the sensitivity of the earth leakage breaker 4 should be selected with a sufficient margin for the static leakage current.
[0032]
[Operation experiment]
A start-up experiment was conducted when the weather was clear and there was sufficient solar radiation. In the solar power generation system of the present embodiment, Unit 2 is started 5 seconds after Unit 1 is started, and Unit 3 is started after 5 seconds, and the earth leakage breaker 4 does not trip to the shut-off state. confirmed. FIG. 3 shows how each inverter is activated.
[0033]
On the other hand, when the start permission signal is input to the input unit 101 of all inverter control devices and “always start permission” is set as in the case of Unit 1, the inverters start almost simultaneously, and the leakage It was confirmed that the circuit breaker 4 trips to the breaking state. In addition, the trip to the interruption | blocking state does not occur every time, but occurred three times out of 50 tests.
[0034]
This seems to be because the magnitude of the leakage impulse current shown in FIG. 2 fluctuates due to a slight deviation in the start timing, or the way in which the leakage impulse currents of the three inverters overlap. When actually measured, the leakage impulse current of the present embodiment reached a peak value of about 100 mA and a width of about 5 mS per inverter, and these leakage impulse currents overlap at the time of simultaneous startup. A trip to the shut-off state occurred. And once it trips to the interruption | blocking state, since the earth-leakage circuit breaker 4 does not reset automatically, it will become a very troublesome situation.
[0035]
Thus, if the photovoltaic power generation system of the present embodiment, that is, the photovoltaic power generation system in which the startup timings of the inverters are shifted so that a plurality of inverters are not started at the same time, leakage impulse currents at startup do not overlap. In addition, it is clear that the trip operation of the earth leakage breaker 4 to an unnecessary breaking state can be prevented.
[0036]
Sending a start permission (or prohibition) signal to the inverter by wire or wireless is a little cumbersome, but it is a general-purpose method and a highly reliable method to avoid unnecessary operation of the earth leakage breaker 4. It has the feature that it is hardly affected by the installation conditions of the array.
[0037]
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the intention of the present invention is realized by setting a different value as the startup delay time of the inverter, that is, the time until each inverter starts up after satisfying the startup condition.
[0038]
[Constitution]
The solar cell arrays 11 to 13 and the earth leakage breaker 4 are the same as those in the first embodiment described above, and only the inverter adopts the following configuration. That is, the inverter of the second embodiment is provided with an input terminal for inputting a signal indicating the solar radiation intensity so that the solar radiation intensity on the surface of the solar cell array can be detected, and the solar radiation intensity is set as an activation condition.
[0039]
As a solar radiation intensity detector, a thermometer using a thermocouple (manufactured by Eiko Seiki, trade name MS-801) is employed. In addition, various configurations such as a photodetector using a photodiode are possible. The pyranometer adopted in the second embodiment has a solar radiation intensity of 0 to 1 kW / m.2 At this time, a voltage signal of 0 to 7 mV is output. Since the output voltage of the pyranometer is so low, it is necessary to pay attention to noise on the inverter side. In addition, since the pyranometer employ | adopted by a present Example is very expensive, in this example, the number of the pyranometer was one, and the output was distributed to the three inverters 21-23. Of course, a solar radiation intensity detector may be provided for each of the inverters 21 to 23. In this case, however, care must be taken to keep the sensitivity of the solar radiation intensity detectors uniform.
[0040]
As with the first embodiment, three inverters are prepared, and the solar radiation intensity at which the inverters 21 to 23 are activated is 0.03 kW / m.2 And In addition, the startup delay time is set to 1 second for Unit 1, 5 seconds for Unit 2, and 9 seconds for Unit 3.
[0041]
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a control device for controlling the operation of the inverter of the second embodiment.
In FIG. 9, reference numeral 201 denotes a pyranometer, which is connected to the activation determination unit 105. Although not shown in FIG. 9, the output of the pyranometer 201 is connected in parallel to each activation determination unit 105 of Unit 1 to Unit 3. The output of the pyranometer 201 is input to the comparator 108 via the buffer amplifier 204 of the activation determination unit 105 and compared with the reference voltage 107. When the voltage input from the buffer amplifier 204 exceeds the reference voltage 107, the activation determination signal 105 is output from the activation determination unit 105. The start permission signal 120 is delayed for a predetermined time by the delay circuit 113 and is output to the inverter drive circuit 110 as the inverter start signal 109. When the inverter activation signal 109 is output, the inverter drive circuit 110 outputs the drive signal 111 to the inverter main circuit 112, so that the inverter main circuit 112 operates and conversion from DC power to AC power is started.
[0042]
In the second embodiment, it is desirable that the starting conditions (intensity values of solar radiation) are as identical as possible. The main point of the second embodiment is to prevent simultaneous activation of a plurality of inverters by giving a delay until the inverter is actually activated after the activation condition is satisfied and by varying the delay time. Therefore, unless the activation conditions themselves are matched as much as possible, the delay period cannot be started at the same time, and the expected delay time cannot be obtained. Of course, this is related to the value of the delay time, and generally speaking, if the delay time is made longer, the matching accuracy of the start conditions can be moderated. From the standpoint of matching the starting conditions as much as possible, it is desirable that the configuration and installation conditions of the solar cell array are as identical as possible.
[0043]
[Operation experiment]
When a start-up experiment similar to that in the first example was performed, it was confirmed that the inverter started in the order of Unit 1-2, Unit-3, and Unit-3 and the earth leakage breaker 4 did not operate.
[0044]
In the second embodiment, unlike the first embodiment, each inverter does not need to transmit information, and a solar power generation system having a plurality of inverters can be configured relatively easily. In the second embodiment, the solar radiation intensity is used as the starting condition, but other elements can be used. If the solar cell voltage is used as in the first embodiment, it is extremely simple without distributing the output of the solar radiation intensity meter.
[0045]
(Third embodiment)
As a third embodiment, an example in which the activation conditions are made different will be described. Also in the third embodiment, the solar cell array and the earth leakage breaker 4 are the same as those in the first and second embodiments, and only the inverter is changed. Specifically, three inverters with different solar cell voltages for starting the inverter are prepared. That is, the solar cell voltage at which the inverter starts is 80V for Unit 1, 100V for Unit 2, and 120V for Unit 3.
[0046]
When the start-up operation in the morning on a clear day was confirmed with such a configuration, it was confirmed that the three inverters started up almost 1 minute apart and the intention of the present invention could be achieved. In normal operation, the intent of the present invention can be fully achieved by merely changing the start-up time in such a simple manner.
[0047]
However, in the third embodiment, although the frequency is small, there is a possibility that all the inverters are “turned on simultaneously”. Such a situation can occur under conditions where solar radiation is good, that is, when "starting the inverter manually" or "starting the inverter due to a power failure / recovery on the commercial power system 3 side", that is, when the solar cell voltage is 120V or higher. Is the case. It should be noted that when starting the inverter under such conditions, it is necessary to devise such as providing a separate delay time.
[0048]
【The invention's effect】
According to the present invention, the following effects can be obtained.
(1) Even in a large-scale photovoltaic power generation system with a large power generation amount, a system can be economically constructed using a plurality of small-capacity transformerless inverters.
(2) Since the overlap of transient leakage impulse currents when starting up multiple inverters is reduced or eliminated, the sensitivity of leakage breaker 4 is improved compared to a photovoltaic power generation system that starts up multiple inverters simultaneously. It is possible to raise. As a result, the safety of the photovoltaic power generation system can be increased.
(3) In a solar power generation system using a solar cell module using a metal reinforcing plate on the back surface, the solar cell module has good workability and allows a wide variety of installation forms.
(4) When constructing a photovoltaic power generation system by varying the start conditions or start delay times of the plurality of inverters, it is not necessary to connect the plurality of inverters with signal lines, and the earth leakage circuit breaker 4 is extremely simple and easy. Unnecessary blocking operation can be prevented.
The present invention having such a remarkable effect has extremely high industrial utility value.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a photovoltaic power generation system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a pulsed leakage current at start-up.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a startup operation of the system of FIG. 1;
4 is a diagram showing an example of the structure of a solar cell module in the system of FIG.
5 is a diagram showing an example of the structure of a solar battery cell constituting the solar battery module of FIG.
FIG. 6 is a block diagram showing an example of a grid-connected solar power generation system having a ground capacitance.
FIG. 7 is a block diagram of a control device used in the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart of simple control in the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a block diagram of a control device used in a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1, 11, 12, 13: solar cell array, 2, 21, 22, 23: inverter, 3: commercial power system, 4: earth leakage circuit breaker, 5, 51, 52, 53: capacitor (floating capacitance).

Claims (20)

複数の太陽電池モジュールからなる複数の太陽電池アレイと、該アレイのそれぞれに接続され該アレイのそれぞれからの直流出力電力を交流電力に変換して商用電力系統に出力する複数の非絶縁型連系インバータと、該複数の非絶縁型連系インバータからの出力が並列接続された漏電遮断器とを有する太陽光発電装置であって、前記アレイのそれぞれは前記インバータのうちの一つにのみ接続されており、前記複数のインバータのうち少なくとも一つが起動するタイミングが、前記複数のインバータのうち他の一つが起動するタイミングと異なり、前記太陽電池アレイが複数の太陽電池モジュールを直列接続したストリングを複数並列接続することを特徴とする太陽光発電装置。A plurality of solar cell arrays composed of a plurality of solar cell modules, and a plurality of non-insulated interconnections that are connected to each of the arrays and that convert DC output power from each of the arrays to AC power and output it to a commercial power system A photovoltaic power generation device having an inverter and an earth leakage breaker in which outputs from the plurality of non-insulated interconnection inverters are connected in parallel, each of the arrays being connected to only one of the inverters The timing at which at least one of the plurality of inverters is activated differs from the timing at which the other one of the plurality of inverters is activated, and the solar cell array includes a plurality of strings in which a plurality of solar cell modules are connected in series. A solar power generation device characterized by being connected in parallel . 前記複数のインバータの起動するタイミングが全て異なることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電装置。  The photovoltaic power generation apparatus according to claim 1, wherein the start timings of the plurality of inverters are all different. 前記太陽電池モジュールが導電性の裏面補強板を有することを特徴とする請求項１または２記載の太陽電池発電装置。The solar cell power generator according to claim 1 or 2, wherein the solar cell module has a conductive back reinforcing plate. 前記裏面補強板が金属からなることを特徴とする請求項３記載の太陽電池発電装置。The solar cell power generator according to claim 3, wherein the back reinforcing plate is made of metal. 前記裏面補強板が接地されていることを特徴とする請求項４記載の太陽電池発電装置。The solar cell power generator according to claim 4, wherein the back reinforcing plate is grounded. 前記複数のインバータのうち少なくとも一つが起動条件を満たした後起動するまでの時間と、前記複数のインバータのうち他の一つが起動条件を満たした後起動するまでの時間と、を異ならせることによりそれぞれのインバータが起動するタイミングを異ならしめていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の太陽光発電装置。By differentiating the time until starting after at least one of the plurality of inverters satisfies the starting condition and the time until starting after the other one of the plurality of inverters satisfies the starting condition The photovoltaic power generation device according to any one of claims 1 to 5 , wherein each inverter is activated at different timings. 前記複数のインバータのうち少なくとも一つの起動条件と、前記複数のインバータのうち他の一つの起動条件と、を異ならせることによりそれぞれのインバータが起動するタイミングを異ならしめていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の太陽光発電装置。The timing for starting each inverter is made different by making at least one start condition among the plurality of inverters different from another start condition among the plurality of inverters. The solar power generation device in any one of 1-5 . 前記複数のインバータのうち少なくとも一つと前記複数のインバータのうち他の一つとの間で情報交換を可能ならしめる手段を有しており、インバータ間で起動許可信号もしくは起動禁止信号を伝達することによりそれぞれのインバータが起動するタイミングを異ならしめていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の太陽光発電装置。Means for enabling information exchange between at least one of the plurality of inverters and another one of the plurality of inverters, and transmitting a start permission signal or a start prohibition signal between the inverters; The photovoltaic power generation device according to any one of claims 1 to 5 , wherein each inverter is activated at different timings. 前記複数のインバータのうち少なくとも一つが起動してから所定時間経過した後に、前記起動許可信号を前記複数のインバータのうち他の一つに伝達するようにしていることを特徴とする請求項８に記載の太陽光発電装置。After at least one of the plurality of inverters a predetermined time has elapsed after start, the start permission signal to claim 8, characterized in that so as to transmit to one another among the plurality of inverters The solar power generation device described. 前記複数のインバータのうち少なくとも一つが起動するタイミングと前記複数のインバータのうち他の一つが起動するタイミングとが前記漏電遮断機の動作時限以上異なっていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の太陽光発電装置。Of claim 1 to 9, characterized in that the timing at which the other one is activated among the at least one timing and the plurality of starting the inverter of the plurality of inverters are different operation timed more of the earth leakage circuit breaker The solar power generation device described in any one. 複数の太陽電池モジュールからなる複数の太陽電池アレイと、該アレイのそれぞれに接続され該アレイのそれぞれからの直流出力電力を交流電力に変換して商用電力系統に出力する複数の非絶縁型連系インバータと、該複数の非絶縁型連系インバータからの出力が並列接続された漏電遮断器とを有する太陽光発電装置であって、前記アレイのそれぞれは前記インバータのうちの一つにのみ接続されており、前記複数のインバータのうち少なくとも一つが起動するタイミングが、前記複数のインバータのうち他の一つが起動するタイミングと異なり、A plurality of solar cell arrays composed of a plurality of solar cell modules, and a plurality of non-insulated interconnections that are connected to each of the arrays and that convert DC output power from each of the arrays to AC power and output it to a commercial power system A photovoltaic power generation device having an inverter and an earth leakage breaker in which outputs from the plurality of non-insulated interconnection inverters are connected in parallel, each of the arrays being connected to only one of the inverters The timing at which at least one of the plurality of inverters is activated differs from the timing at which the other one of the plurality of inverters is activated,
前記複数のインバータのうち少なくとも一つが起動条件を満たした後起動するまでの時間と、前記複数のインバータのうち他の一つが起動条件を満たした後起動するまでの時間と、を異ならせることによりそれぞれのインバータが起動するタイミングを異ならしめていることを特徴とする太陽光発電装置。By differentiating the time until starting after at least one of the plurality of inverters satisfies the starting condition and the time until starting after the other one of the plurality of inverters satisfies the starting condition A photovoltaic power generation apparatus characterized in that the timing at which each inverter starts is different. 複数の太陽電池モジュールからなる複数の太陽電池アレイと、該アA plurality of solar cell arrays comprising a plurality of solar cell modules; レイのそれぞれに接続され該アレイのそれぞれからの直流出力電力を交流電力に変換して商用電力系統に出力する複数の非絶縁型連系インバータと、該複数の非絶縁型連系インバータからの出力が並列接続された漏電遮断器とを有する太陽光発電装置であって、前記アレイのそれぞれは前記インバータのうちの一つにのみ接続されており、前記複数のインバータのうち少なくとも一つが起動するタイミングが、前記複数のインバータのうち他の一つが起動するタイミングと異なり、A plurality of non-insulated interconnected inverters connected to each of the arrays and converting the DC output power from each of the arrays to AC power and outputting to the commercial power system, and outputs from the plurality of non-insulated interconnected inverters Each of the arrays is connected to only one of the inverters, and at least one of the plurality of inverters is activated. However, unlike the timing when the other one of the plurality of inverters is activated,
前記複数のインバータのうち少なくとも一つの起動条件と、前記複数のインバータのうち他の一つの起動条件と、を異ならせることによりそれぞれのインバータが起動するタイミングを異ならしめていることを特徴とする太陽光発電装置。  The solar light characterized in that at least one start condition among the plurality of inverters and another one start condition among the plurality of inverters are made different to make the start timing of each inverter different. Power generation device. 複数の太陽電池モジュールからなる複数の太陽電池アレイと、該アレイのそれぞれに接続され該アレイのそれぞれからの直流出力電力を交流電力に変換して商用電力系統に出力する複数の非絶縁型連系インバータと、該複数の非絶縁型連系インバータからの出力が並列接続された漏電遮断器とを有する太陽光発電装置であって、前記アレイのそれぞれは前記インバータのうちの一つにのみ接続されており、前記複数のインバータのうち少なくとも一つが起動するタイミングが、前記複数のインバータのうち他の一つが起動するタイミングと異なり、A plurality of solar cell arrays composed of a plurality of solar cell modules, and a plurality of non-insulated interconnections that are connected to each of the arrays and that convert DC output power from each of the arrays to AC power and output it to a commercial power system A photovoltaic power generation device having an inverter and an earth leakage breaker in which outputs from the plurality of non-insulated interconnection inverters are connected in parallel, each of the arrays being connected to only one of the inverters The timing at which at least one of the plurality of inverters is activated differs from the timing at which the other one of the plurality of inverters is activated,
前記複数のインバータのうち少なくとも一つと前記複数のインバータのうち他の一つとの間で情報交換を可能ならしめる手段を有しており、インバータ間で起動許可信号もしくは起動禁止信号を伝達することによりそれぞれのインバータが起動するタイミングを異ならしめていることを特徴とする太陽光発電装置。Means for enabling information exchange between at least one of the plurality of inverters and another one of the plurality of inverters, and transmitting a start permission signal or a start prohibition signal between the inverters; A photovoltaic power generation apparatus characterized in that the timing at which each inverter starts is different. 複数の太陽電池モジュールからなる複数の太陽電池アレイと、該アレイのそれぞれに接続され該アレイのそれぞれからの直流出力電力を交流電力に変換して商用電力系統に出力する複数の非絶縁型連系インバータと、該複数の非絶縁型連系インバータからの出力が並列接続された漏電遮断器とを有し、前記アレイのそれぞれは前記インバータのうちの一つにのみ接続されている太陽光発電装置の制御方法であって、前記複数のインバータのうち少なくとも一つが起動するタイミングと、前記複数のインバータのうち他の一つが起動するタイミングとを異ならしめることを特徴とする太陽光発電装置の制御方法。  A plurality of solar cell arrays composed of a plurality of solar cell modules, and a plurality of non-insulated interconnections that are connected to each of the arrays and that convert DC output power from each of the arrays to AC power and output it to a commercial power system A photovoltaic power generation apparatus having an inverter and a leakage breaker in which outputs from the plurality of non-insulated interconnected inverters are connected in parallel, each of the arrays being connected to only one of the inverters The method of controlling a photovoltaic power generation apparatus, wherein a timing at which at least one of the plurality of inverters is activated is different from a timing at which the other one of the plurality of inverters is activated. . 前記複数のインバータの起動するタイミングが全て異なるように制御することを特徴とする請求項１４に記載の太陽光発電装置の制御方法。The control method of the solar power generation device according to claim 14 , wherein the start timings of the plurality of inverters are all controlled to be different. 前記複数のインバータのうち少なくとも一つが起動条件を満たした後起動するまでの時間と、前記複数のインバータのうち他の一つが起動条件を満たした後起動するまでの時間と、を異ならせることによりそれぞれのインバータが起動するタイミングを異ならせることを特徴とする請求項１４または１５に記載の太陽光発電装置の制御方法。By differentiating the time until starting after at least one of the plurality of inverters satisfies the starting condition and the time until starting after the other one of the plurality of inverters satisfies the starting condition The control method of the solar power generation device according to claim 14 or 15 , wherein timings at which the respective inverters are activated are made different. 前記複数のインバータのうち少なくとも一つの起動条件と、前記複数のインバータのうち他の一つの起動条件と、を異ならせることによりそれぞれのインバータが起動するタイミングを異ならせることを特徴とする請求項１４または１５に記載の太陽光発電装置の制御方法。At least one activation condition of the plurality of inverters, according to claim 14 in which the other one of the activation condition of the plurality of inverters, each inverter by varying the is characterized by varying the timing to start Or the control method of the solar power generation device of 15 . 前記複数のインバータのうち少なくとも一つと前記複数のインバータのうち他の一つとの間で起動許可信号もしくは起動禁止信号を伝達することによりそれぞれのインバータが起動するタイミングを異ならせることを特徴とする請求項１４または１５に記載の太陽光発電装置の制御方法。The start timing of each inverter is made different by transmitting a start permission signal or a start prohibition signal between at least one of the plurality of inverters and another one of the plurality of inverters. Item 16. A method for controlling a solar power generation device according to item 14 or 15 . 前記複数のインバータのうち少なくとも一つが起動してから所定時間経過した後に、前記起動許可信号を前記複数のインバータのうち他の一つに伝達することを特徴とする請求項１８に記載の太陽光発電装置の制御方法。The sunlight according to claim 18 , wherein the activation permission signal is transmitted to another one of the plurality of inverters after a predetermined time has elapsed since at least one of the plurality of inverters is activated. A method for controlling a power generator. 前記複数のインバータのうち少なくとも一つが起動するタイミングと前記複数のインバータのうち他の一つが起動するタイミングとが前記漏電遮断機の動作時限以上異なるように制御することを特徴とする請求項１４〜１９のいずれかに記載の太陽光発電装置の制御方法。The timing at which at least one of the plurality of inverters is activated and the timing at which the other one of the plurality of inverters is activated are controlled to be different from each other by an operation time limit of the earth leakage breaker . The control method of the solar power generation device in any one of 19 .
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